太阳能电池中高效分色聚焦光学元件的设计和制作

发布时间：2018-06-04 03:25

  本文选题：分色聚焦 + 光学元件　； 参考：《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》2017年博士论文

【摘要】：随着能源需求日益增加,能源的开发和高效利用成了当今世界重大问题。太阳能电池以其清洁、灵活等优点受人们广泛关注。由于单结太阳能电池只可吸收高于材料禁带宽度部分的太阳光能量,存在33.7%的光电转换效率极限。为突破该理论效率极限,研究人员提出了多结太阳能电池。多结太阳能电池分为串联多结太阳能电池和并联多结太阳能电池。串联多结电池采用不同吸光材料堆叠而成,目前最高效率为38.8%。而在进一步提高光电转换效率的道路上,这种串联多结电池存在着晶格匹配、界面传输等问题。另一种方案——分色聚焦并联太阳能电池,则是由分色聚焦元件和多个不同禁带宽度的电池并排组成,不存在上述问题。这种并联电池的方案具有简便灵活、效率高和成本低等优点,引起了研究人员的关注。为实现高效的分色聚焦并联电池的目标,本文从理论设计、微纳制作和实验测量等方面进行了细致的研究。首先,从衍射光学理论出发,采用光栅/透镜组合算法,选用450nm、550nm和650nm为设计波长,在400-700nm工作波段,设计了一个高效的分色聚焦衍射光学元件。通过模拟优化,三个波长光等距分色聚焦在聚焦面处,相距1.76mm;当X方向细化份数为2048,最大优化相位为22?,积分宽度为1.32mm时,三个波长的平均光光转化效率为81.99%。同时,采用杨-顾算法,以上述结果为迭代初值,选择同样设计参数,设计了工作波段为400-700nm更高效的分色聚焦衍射光学元件,三个波长的平均光光转化效率为82.20%.当X方向细化份数X椫，

本文编号：1975653